CN112517545B - 一种激光清洗装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种激光清洗装置，包括基座、承载部、激光部和驱动部。承载部位于基座，承载部配置成承载待清洗物。激光部位于基座，激光部包括激光器、用于对激光器发射的激光进行处理以得到清洗光束的光学模组，光学模组包括在激光的主光路上依次设置的凸透镜和反射镜。驱动部位于基座，驱动部与承载部和/或激光部连接，驱动部配置成驱动承载部和/或激光部运动，使得清洗光束照射至待清洗物的表面形成清洗光斑，且所述清洗光斑在表面运动，且满足如下关系式：A+B＝F，其中，A为凸透镜的光心和穿过光心的激光与反射镜的交点的距离，B为交点与清洗光斑的中心的距离，F为凸透镜的焦距。本申请的激光清洗装置提高了清洗效率，保证了清洗质量。

Description

一种激光清洗装置

技术领域

本申请涉及激光清洗领域，尤其涉及一种激光清洗装置。

背景技术

运行一段时间后的涂覆有RTV涂料的绝缘子需要对其表面进行清洗，在现有激光清洗技术中，为了保持激光能有足够的能量，一般从光纤出来聚焦后的光斑都很小，只有70μm至400μm，这导致清洗面积过小，清洗速度下降。因此，会通过往复转动的振镜，将聚焦后的点光斑高速摆动，形成高速扫描的线光斑，以增加清洗效率，根据使用不同焦距的场镜的光学特性，激光束在聚焦位置一般有1-4mm的焦深，清洗时必须保证焦点位置变化不超过焦深范围，目前的这种激光清洗多适用于平面清洗，但是在进行绝缘子底部凹面和凸面清洗时并不适用，因为线光斑在圆形物体表面清洗时光斑焦点并不能全部集中在被清洗物表面，存在漏清洗及重复清洗，严重影响清洗效率和质量。

发明内容

本申请提供一种激光清洗装置，能够提高清洗效率、保证清洗质量。

第一方面，本申请的实施例提供了一种激光清洗装置，激光清洗装置包括基座、承载部、激光部和驱动部。承载部位于基座，承载部配置成承载待清洗物。激光部位于基座，激光部包括激光器、用于对激光器发射的激光进行处理以得到清洗光束的光学模组，光学模组包括在激光的主光路上依次设置的凸透镜和反射镜。驱动部位于基座，驱动部与承载部和/或激光部连接，驱动部配置成驱动承载部和/或激光部运动，使得清洗光束照射至待清洗物的表面形成清洗光斑，且清洗光斑在待清洗物的表面运动，且满足如下关系式：A+B=F，其中，A为凸透镜的光心和穿过光心的激光与反射镜的交点的距离，B为交点与清洗光斑的中心的距离，F为凸透镜的焦距。

在其中一些实施例中，承载部包括支柱，支柱在自身的长度方向上的第一端配置成固定待清洗物。驱动部包括第一旋转电机，第一旋转电机与支柱在自身的长度方向上的第二端连接，使得待清洗物旋转。

在其中一些实施例中，光学模组包括第一壳体，第一壳体限定出第一容纳腔，第一壳体具有第一出光口，第一出光口的轴线位于主光路上，凸透镜和反射镜均分别位于第一容纳腔，反射镜位于第一出光口处，光学模组经光纤与激光器连接。驱动部包括第一驱动模组，第一驱动模组与第一壳体连接，第一驱动模组配置成驱动光学模组运动，使得清洗光斑在待清洗物的表面运动。

在其中一些实施例中，第一驱动模组包括第一丝杆和第一驱动电机，第一丝杆的轴线沿支柱的径向延伸，第一驱动电机与第一丝杆连接。第一壳体与第一丝杆连接，第一出光口的轴线的延伸方向与支柱的轴线的延伸方向相同。

在其中一些实施例中，光学模组包括激光清洗头，激光清洗头位于第一容纳腔中，激光清洗头包括第二壳体，第二壳体限定出第二容纳腔，第二壳体具有第二出光口，第二出光口的轴线位于主光路上，凸透镜位于第二容纳腔中，凸透镜位于第二出光口处，激光清洗头经光纤与激光器连接。驱动部包括第二驱动模组，第二驱动模组位于第一容纳腔中，第二驱动模组与第二壳体连接，第二驱动模组配置成驱动激光清洗头运动，使得凸透镜靠近和远离反射镜。

在其中一些实施例中，激光清洗头包括隔离器和匀化器，隔离器和匀化器均分别位于第二容纳腔中，隔离器和匀化器均分别位于主光路上，隔离器位于凸透镜的上游，匀化器位于隔离器与凸透镜之间。

在其中一些实施例中，第二驱动模组包括第二丝杆和第二驱动电机，第二丝杆的轴线与主光路平行，第二驱动电机与第二丝杆连接。第二壳体与第二丝杆连接。

在其中一些实施例中，驱动部包括第二旋转电机，第二旋转电机位于第一容纳腔中，第二旋转电机与反射镜的背面连接，使得反射镜的倾斜角度改变。

在其中一些实施例中，驱动部包括控制模组，控制模组分别与第一旋转电机、第一驱动电机、第二驱动电机和第二旋转电机连接，控制模组配置成控制第一旋转电机、第一驱动电机、第二驱动电机和第二旋转电机的运行。驱动部包括控制箱，控制箱限定出收容腔，控制模组位于收容腔中。

在其中一些实施例中，清洗光斑的搭接率为0.5~0.7。

根据本申请的实施例提供的一种激光清洗装置。激光清洗装置包括基座、承载部、激光部和驱动部。承载部位于基座，承载部配置成承载待清洗物。激光部位于基座，激光部包括激光器、用于对激光器发射的激光进行处理以得到清洗光束的光学模组，光学模组包括在激光的主光路上依次设置的凸透镜和反射镜。驱动部位于基座，驱动部与承载部和/或激光部连接，驱动部配置成驱动承载部和/或激光部运动，使得清洗光束照射至待清洗物的表面形成清洗光斑，且清洗光斑在待清洗物的表面运动，且满足如下关系式：A+B=F，其中，A为凸透镜的光心和穿过光心的激光与反射镜的交点的距离，B为交点与清洗光斑的中心的距离，F为凸透镜的焦距。本申请的激光清洗装置在清洗运行一段时间后的、涂覆有RTV涂料的绝缘子底部凹面和凸面时，大幅提高了清洗效率，节约了人力物力，且实现了对绝缘子底部凸面、及人工难以触及的凹面的无死角均匀清洗，保证了清洗质量。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例中激光清洗装置的结构示意图；

图2为本申请实施例中激光清洗装置的原理示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

参阅图1、2，本申请的实施例提供了一种激光清洗装置1。激光清洗装置1尤其适用于清洗待清洗物的曲面。待清洗物可以为轴对称物品，例如运行一段时间后的绝缘子2，曲面可以为绝缘子2底部的凹面和凸面。绝缘子2可以涂覆有RTV涂料。

激光清洗装置1包括基座100、承载部200、激光部300和驱动部400。基座100用于承载激光清洗装置1的各部分。基座100可以包括平台110。基座100可以包括安装室，安装室可以位于平台110的下方。

承载部200用于承载待清洗物。承载部200位于基座100上。承载部200可以位于平台110上。承载部200可以包括支柱210。支柱210可以竖直设置于平台110上。待清洗物可以置于支柱210的上端。支柱210的上端可以配置成配置成固定待清洗物，例如，支柱210的上端可以具有夹具，使得待清洗物夹持固定。待清洗物为绝缘子2时，可以使绝缘子2的中心置于支柱210的上端。绝缘子2的底部向下设置。

激光部300用于提供清洗光束3。清洗光束3可以为高斯光束。激光部300位于基座100上。激光部300包括激光器310和光学模组320。激光器310用于发射激光。激光器310可以为脉冲激光器310，也可以为CO2连续激光器310，也可以为光纤激光器310。激光器310的类型可以为百纳秒级光纤脉冲激光器310。激光平均功率可以为30W~1000W，可调脉宽可以为100~300ns，激光重复频率可以为10~1000kHz，激光光斑直径可以为0.03mm~0.1mm，脉冲能量可以为0.5~100mJ。激光器310可以由远程控制系统500控制，以实现各参数的调节。

光学模组320用于对激光器310发射的激光进行处理以得到清洗光束3。光学模组320包括在激光的主光路上依次设置的凸透镜3210和反射镜322。凸透镜3210用于实现激光的聚光。反射镜322用于实现激光的反射、发散。此时，激光经凸透镜3210聚光后，又经反射镜322反射、发散，用于激光清洗。

光学模组320可以包括第一壳体，第一壳体用于盛状光学模组320的各部分。第一壳体限定出第一容纳腔，第一壳体具有第一出光口，第一出光口的轴线位于主光路上，凸透镜3210和反射镜322均分别位于第一容纳腔，反射镜322位于第一出光口处，使得经反射镜322反射、发散的激光从第一出光口射出。为实现对激光进行处理，光学模组320可以经光纤与激光器310连接。此时，光学模组320可以置于平台110上。激光器310可以置于安装室中。

光学模组320可以包括激光清洗头321。激光清洗头321用于对激光进行初步处理。激光清洗头321位于第一容纳腔中。激光清洗头321包括第二壳体，第二壳体用于盛装激光清洗头321的各部分。第二壳体限定出第二容纳腔，第二壳体具有第二出光口，第二出光口的轴线位于主光路上，凸透镜3210位于第二容纳腔中，凸透镜3210位于第二出光口处，使得经凸透镜310聚光的激光从第二出光口射出。为实现对激光进行处理，激光清洗头321可以经光纤与激光器310连接。

激光清洗头321可以包括隔离器3211和匀化器3212。隔离器3211用于避免产生后向传输光。匀化器3212用于对激光进行扩散。隔离器3211和匀化器3212均分别位于第二容纳腔中，隔离器3211和匀化器3212均分别位于主光路上，隔离器3211位于凸透镜3210的上游，匀化器3212位于隔离器3211与凸透镜3210之间。隔离器3211可以经光纤与激光器310连接。

驱动部400位于基座100，驱动部400与承载部200和/或激光部300连接，驱动部400配置成驱动承载部200和/或激光部300运动，使得清洗光束3照射至待清洗物的表面形成清洗光斑，且清洗光斑在待清洗物的表面运动，且满足如下关系式：A+B=F，其中，A为凸透镜3210的光心和穿过光心的激光与反射镜322的交点的距离，B为穿过光心的激光与反射镜322的交点与清洗光斑的中心的距离，F为凸透镜3210的焦距。

驱动部400可以包括第一旋转电机，第一旋转电机用于驱动支柱210旋转，使得待清洗物旋转。第一旋转电机可以与支柱210的下端连接。第一旋转电机可以位于安装室中。

驱动部400可以包括第一驱动模组410，第一驱动模组410用于驱动光学模组320运动，使得清洗光斑在待清洗物的表面运动。为驱动光学模组320运动，第一驱动模组410可以与第一壳体连接。

光学模组320位于平台110上时，第一驱动模组410可以包括第一丝杆和第一驱动电机，第一驱动电机与第一丝杆连接，第一驱动电机和第一丝杆用于将回转运动转化为直线运动。第一丝杆可以位于支柱210的一侧。第一丝杆的轴线可以沿支柱210的径向延伸。第一丝杆的轴线所在直线可以与支柱210的轴线所在直线相交。第一驱动电机与第一丝杆的远离支柱210的一端连接。此时，第一壳体与第一丝杆连接，使得光学模组320沿第一丝杆作直线运动。第一壳体可以位于第一丝杆的上侧。第一出光口位于第一壳体的上侧，且可以位于第一壳体的靠近立柱的一端。第一出光口的轴线的延伸方向可以与支柱210的轴线的延伸方向相同。

驱动部400包括第二驱动模组420，第二驱动模组420用于驱动激光清洗头321运动，使得凸透镜3210靠近和远离反射镜322。第二驱动模组420可以位于第一容纳腔中。为驱动激光清洗头321运动，第二驱动模组420可以与第二壳体连接。

光学模组320位于平台上时，第二驱动模组420可以包括第二丝杆和第二驱动电机，第二驱动电机与第二丝杆连接，第二驱动电机和第二丝杆用于将回转运动转化为直线运动。第二丝杆的轴线与主光路平行。第二驱动电机可以与第二丝杆的远离反射镜322的一端连接。此时，第二壳体与第二丝杆连接，以使得激光清洗头321沿第二丝杆作直线运动。第二壳体可以位于第二丝杆的上侧。

驱动部400可以包括第二旋转电机，第二旋转电机用于驱动反射镜322旋转，使得反射镜322的倾斜角度改变。第二旋转电机可以位于第一容纳腔中。第二旋转电机可以与反射镜322的背面连接。

驱动部400可以包括控制模组，控制模组用于控制第一旋转电机、第一驱动电机、第二驱动电机和第二旋转电机的运行。控制模组分别与第一旋转电机、第一驱动电机、第二驱动电机和第二旋转电机连接。第一旋转电机、第一驱动电机、第二驱动电机和第二旋转电机可以均分别为伺服电机。驱动部400可以包括控制箱430，控制箱430用于盛装控制模组。控制箱430限定出收容腔，控制模组位于收容腔中。控制箱430可以位于安装室中。

其中，控制模组可以包括PLC控制器、伺服驱动模块，开关电源等电器元器件。控制箱430可以具有分别与各电机连接的多个信号接口。控制箱430可以具有外界操作屏接口。

清洗光斑的搭接率可以为0.5~0.7。假设横向线光斑直径为d1，纵向线光斑直径为d2，侧向线光斑直径为d3，搭接率ε 1 、ε 2满足条件为d 1 ＝ε 1 d 3 ，d 2 ＝ε 2 d 3 ，ε1 、ε 2 ∈(0.5，0.7)。

激光清洗过程中，因为有时实际清洗结构为曲率不同的圆面，所以采用长焦深技术，该技术使得激光对待清洗圆面进行清洗时允许具有一定的高度差（约1cm），能消除安装过程中带来的焦距或曲率轨迹误差。

本申请的激光清洗装置1在清洗运行一段时间后的、涂覆有RTV涂料的绝缘子2底部凹面和凸面时，大幅提高了清洗效率，节约了人力物力，且实现了对绝缘子2底部凸面、及人工难以触及的凹面的无死角均匀清洗，保证了清洗质量。

采用激光清洗装置1，清洗方法可以包括以下步骤；

步骤1、确定轴对称物品的尺寸、形状、表面污物厚度，以及污物材料性质；

步骤2、基于步骤1确定的参数确定激光输出的清除功率密度阈值和损伤功率密度阈值，其中，清除功率密度阈值为能够将待清除的污物厚度清除的最小功率密度，损伤功率密度阈值为待清洗的物品表面被激光辐射时能够承受的最大功率密度（超出该最大功率密度将损伤待清洗物表面）；

步骤3、基于步骤2确定的参数，调节激光器310的功率设置；

步骤4、将轴对称物品放入支柱210上，并使支柱210的轴线与中轴对称带弧度物品的轴线重合；

步骤5、输出激光以对待清洗物的表面进行激光清洗，同时控制各电机，保证A+B始终等于F，保证清洗过程中激光焦距波动保持在1mm以内，从而使焦点处的光斑始终处于待清洗物的表面，以保证清洗效果和清洗效率；

步骤6，通过吸尘装置将激光清洗后产生的残余物收集起来。

上述清洗方法的有益效果为：使得清洗激光清洗在工作过程中有效焦点的保持，避免因失焦导致激光能量不足而清洗效果不佳，同时，使得工件表面均匀的清洗效果。除此之外，一方面使激光清洗技术能够进入更多的工业制造领域，使得以前不方便清洗的表面凹凸的物件能够使用激光清洗，另一方面提高了清洗的效率，使激光清洗融入自动化设备与智能制造领域。

本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本申请的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种激光清洗装置，其特征在于，包括：

基座；

承载部，位于所述基座，所述承载部配置成承载待清洗物；

激光部，位于所述基座，所述激光部包括激光器、用于对所述激光器发射的激光进行处理以得到清洗光束的光学模组，所述光学模组包括在所述激光的主光路上依次设置的凸透镜和反射镜；

驱动部，位于所述基座，所述驱动部与所述承载部和所述激光部连接，所述驱动部配置成驱动所述承载部和所述激光部运动，使得所述清洗光束照射至所述待清洗物的表面形成清洗光斑，且所述清洗光斑在所述表面运动，且满足如下关系式：

A+B=F，

其中，A为所述凸透镜的光心和穿过所述光心的所述激光与所述反射镜的交点的距离，B为所述交点与所述清洗光斑的中心的距离，F为所述凸透镜的焦距；

其中，所述光学模组包括第一壳体，所述第一壳体限定出第一容纳腔，所述第一壳体具有第一出光口，所述第一出光口的轴线位于所述主光路上，所述凸透镜和所述反射镜均分别位于所述第一容纳腔，所述反射镜位于所述第一出光口处，所述光学模组经光纤与所述激光器连接；

所述驱动部包括第一驱动模组，所述第一驱动模组与所述第一壳体连接，所述第一驱动模组配置成驱动所述光学模组运动，使得所述清洗光斑在所述表面运动；

所述光学模组包括激光清洗头，所述激光清洗头位于所述第一容纳腔中，所述激光清洗头包括第二壳体，所述第二壳体限定出第二容纳腔，所述第二壳体具有第二出光口，所述第二出光口的轴线位于所述主光路上，所述凸透镜位于所述第二容纳腔中，所述凸透镜位于所述第二出光口处，所述激光清洗头经所述光纤与所述激光器连接；

所述驱动部包括第二驱动模组，所述第二驱动模组位于所述第一容纳腔中，所述第二驱动模组与所述第二壳体连接，所述第二驱动模组配置成驱动所述激光清洗头运动，使得所述凸透镜靠近和远离所述反射镜。

2.如权利要求1所述的激光清洗装置，其特征在于，

所述承载部包括支柱，所述支柱在自身的长度方向上的第一端配置成固定所述待清洗物；

所述驱动部包括第一旋转电机，所述第一旋转电机与所述支柱在自身的长度方向上的第二端连接，使得所述待清洗物旋转。

3.如权利要求2所述的激光清洗装置，其特征在于，

所述第一驱动模组包括第一丝杆和第一驱动电机，所述第一丝杆的轴线沿所述支柱的径向延伸，所述第一驱动电机与所述第一丝杆连接；

所述第一壳体与所述第一丝杆连接，所述第一出光口的轴线的延伸方向与所述支柱的轴线的延伸方向相同。

4.如权利要求1所述的激光清洗装置，其特征在于，

所述激光清洗头包括隔离器和匀化器，所述隔离器和所述匀化器均分别位于所述第二容纳腔中，所述隔离器和所述匀化器均分别位于所述主光路上，所述隔离器位于所述凸透镜的上游，所述匀化器位于所述隔离器与所述凸透镜之间。

5.如权利要求3所述的激光清洗装置，其特征在于，

所述第二驱动模组包括第二丝杆和第二驱动电机，所述第二丝杆的轴线与所述主光路平行，所述第二驱动电机与所述第二丝杆连接；

所述第二壳体与所述第二丝杆连接。

6.如权利要求5所述的激光清洗装置，其特征在于，

所述驱动部包括第二旋转电机，所述第二旋转电机位于所述第一容纳腔中，所述第二旋转电机与所述反射镜的背面连接，使得所述反射镜的倾斜角度改变。

7.如权利要求6所述的激光清洗装置，其特征在于，

所述驱动部包括控制模组，所述控制模组分别与所述第一旋转电机、所述第一驱动电机、所述第二驱动电机和所述第二旋转电机连接，所述控制模组配置成控制所述第一旋转电机、所述第一驱动电机、所述第二驱动电机和所述第二旋转电机的运行；

所述驱动部包括控制箱，所述控制箱限定出收容腔，所述控制模组位于所述收容腔中。

8.如权利要求1所述的激光清洗装置，其特征在于，

所述清洗光斑的搭接率为0.5~0.7。

Images